軟件接收機(jī)的GPS信號實(shí)時采集方案設(shè)計

摘要：針對軟件GPS接收機(jī)的實(shí)時數(shù)據(jù)采集需求，提出一種基于TMS320C6416 McBSP、EDMA、中斷和外部擴(kuò)展SDRAM的GPS實(shí)時數(shù)據(jù)采集方案；重點(diǎn)闡述射頻前端NJl006AK、TMS320C6416構(gòu)成的硬件接收電路，以及McBSP、SDRAM、EDMA乒乓緩存的采集配置過程。該方案不僅滿足了GPS軟件接收機(jī)信號采集嚴(yán)苛的實(shí)時性要求，而且增強(qiáng)了處理器實(shí)時處理能力。
關(guān)鍵詞：GPS；實(shí)時數(shù)據(jù)采集；多通道緩沖串口；EDMA；TMS320C6416；NJ1006AK

引言
軟件GPS接收機(jī)具有較高靈活性和可擴(kuò)展性，是快速實(shí)現(xiàn)算法驗(yàn)證、研制原型接收機(jī)的重要手段。GPS信號的實(shí)時采集是軟件GPS接收機(jī)各種功能實(shí)現(xiàn)的前提。本文設(shè)計了一種軟件GPS接收機(jī)實(shí)時信號采集方案。該方案以McBSP接收射頻前端NJl006AK數(shù)字化輸出，通過McBSP事件驅(qū)動EDMA在外部擴(kuò)展sDRAM中進(jìn)行乒乓緩存，并通過ms中斷(即1 ms中斷1次)與基帶算法同步數(shù)據(jù)，很好地滿足了軟件GPS接收機(jī)信號采集的需要。

1 基于DSP的實(shí)時采集方案
軟件GPS接收機(jī)作為軟件無線電的典型應(yīng)用，其本身具有很高的數(shù)據(jù)采樣率和基帶算法帶來的巨大運(yùn)算量，跟蹤環(huán)節(jié)還要求提供實(shí)時連續(xù)采樣的GPS信號。這就要求處理器在實(shí)時運(yùn)算的同時，對GPS信號進(jìn)行高速、連續(xù)、實(shí)時的采集。軟件GPS接收機(jī)中的運(yùn)算目前主要由DSP實(shí)現(xiàn)，本文采用TMS320C6416作為核心處理器，在為基帶處理提供支持的同時，利用其McBSP、EMDA、EMIF片內(nèi)外設(shè)，配合Nemerix公司的NJ10-06AK和相關(guān)接口電路完成對GPS信號實(shí)時、連續(xù)的采集，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

來自天線的1 575．42 MHz GPS信號直接進(jìn)入集成了LNA的射頻接收前端NJl006AK，完成射頻信號的濾波、放大、下變頻，數(shù)字化輸出2位并行數(shù)據(jù)，經(jīng)并串轉(zhuǎn)換電路后進(jìn)入TMS320C6416。TMS320C6416通過McBSP和EDMA配合完成數(shù)據(jù)的搬移，通過EMIF接口擴(kuò)展SDRAM完成數(shù)據(jù)的存儲。McBSP接收串行數(shù)據(jù)為連續(xù)的32位字，并在每個32位字接收完成時，通過McBSP接收事件觸發(fā)EDMA完成接收32位字到外部擴(kuò)展SDRAM的搬移。為了保證實(shí)時數(shù)據(jù)的連續(xù)接收和同步，McBSP接收事件對應(yīng)。EMDA通道分別在SDRAM內(nèi)開辟2個1 ms數(shù)據(jù)空間緩沖區(qū)，并通過鏈接配置為乒乓緩存操作。當(dāng)一個緩沖區(qū)搬移操作結(jié)束時，EDMA切換到另一個緩沖區(qū)并發(fā)出EDMA中斷，通知CPU ms數(shù)據(jù)采集完畢，實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)與基帶處理同步。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計
2．1 射頻接收電路
NJl006AK是Nemerix公司推出的雙超外差GPS射頻前端接收芯片。它內(nèi)部集成了LNA，具有可通過引腳設(shè)置的本振頻率，同時可直接與有源或者無源天線對接。采用NJl006AK配合無源天線完成射頻信號的接收、處理，其電路如圖2所示。